機床及其夾持治具的制作方法

本發明涉及機械加工領域，具體而言，涉及用于加工精密工件的機床，還涉及所述機床的夾持治具。

背景技術：

夾持治具作為數控機床用于控制工件位置和動作的精密專業工具，其自身設計的優劣程度和加工精度直接決定了待加工工件的質量。隨著工業4.0技術的高速發展，對精密零件尤其是對外徑極小的精密薄壁管零件的加工能力和生產需求也逐步提高。常規的夾持方法和加工藝已經不能滿足諸如外徑0.5mm以下精密薄壁管等細小工件的裝夾和加工，超微加工技術領域越來越成為精密制造領域研究的重點和難點。

傳統夾持精密薄壁管的機床旋轉軸主要有兩種：一種是采用彈簧夾頭夾緊結構形式的旋轉軸，一種是采用氣控三爪卡盤夾持方式的旋轉軸。對于外徑小于0.5mm的管件而言，氣動三爪卡盤結構的旋轉軸由于夾爪夾持管件時的接觸面非常小，重復定位精度低，所以一般很少采用；采用彈簧夾頭結構的旋轉軸來夾持和加工超小外徑的精密薄壁管除夾緊外都必須采用輔助支撐治具，即工件一端被彈簧夾頭夾持，另外一端采用和薄壁管外徑相同的襯套進行輔助支撐，但是由于外徑0.5mm以下的管件剛性很低，在加工過程中夾持端和支撐端之間的管件在自由狀態下無法保持繃緊狀態而是發生凹陷，從而導致旋轉軸在加工進給的過程中軸向尺寸發生嚴重的偏差，嚴重影響加工精度和質量。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種機床。

本發明的另一個目的在于提出一種夾持治具。

根據本發明第一方面實施例的機床包括：床體，所述床體上設有X軸運動平臺；旋轉軸，所述旋轉軸沿X方向可往復移動地設在所述X軸運動平臺上，其中所述旋轉軸具有用于夾持工件的夾頭柄；過渡底座，所述過渡底座設在所述旋轉軸上；二維調整裝置，所述二維調整裝置設在所述X軸運動平臺上；安裝座，所述安裝座設在所述二維調整裝置上，所述安裝座上設有用于支撐工件的輔助支撐襯套和用于夾持工件的氣缸；旋轉連接座，所述旋轉連接座可旋轉地設在所述安裝座上；中空彈性管，所述中空彈性管的第一端設在所述過渡底座上，所述中空彈性管的第二端設在所述旋轉連接座上；和多個彈性件，多個所述彈性件繞所述中空彈性管設置，其中每個所述彈性件的第一端設在所述過渡底座上，每個所述彈性件的第二端設在所述旋轉連接座上。

根據本發明實施例的機床10具有夾持牢靠、定位精準、穩定可靠的優點，完全避免了現有的機床治具夾持細長工件存在工件中部凹陷、連續加工出現對接錯位等缺陷。

另外，根據本發明實施例的機床還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述機床進一步包括夾頭柄，所述夾頭柄上設有第一過孔，其中所述過渡底座上設有第二過孔，所述過渡底座通過穿過所述第一過孔和所述第二過孔的緊固件安裝在所述旋轉軸上。

根據本發明的一個實施例，所述彈性件為拉簧，所述彈性件的變形后的長度與所述彈性件的變形前的長度之比大于等于10。

根據本發明的一個實施例，多個所述彈性件的第一端沿所述旋轉軸的周向等間距地設置，多個所述彈性件的第二端沿所述旋轉連接座的周向等間距地設置。

根據本發明的一個實施例，所述安裝座為U型且具有第一臂和第二臂，所述第一臂與所述第二臂之間形成容納槽，其中所述旋轉連接座通過軸承可旋轉地設在所述第一臂上，所述輔助支撐襯套設在所述第二臂上，所述旋轉連接座與所述輔助支撐襯套在X方向上間隔開，所述氣缸的至少一部分容納在所述容納槽內。

根據本發明的一個實施例，所述第一臂的長度大于所述第二臂的長度，所述機床進一步包括氣缸連接板，所述氣缸連接板設在所述第二臂上，所述氣缸設在所述氣缸連接板上，所述氣缸的一部分容納在所述容納槽內。

根據本發明的一個實施例，所述機床進一步包括調整支架，所述調整支架設在所述二維調整裝置上，所述安裝座設在所述調整支架上。

根據本發明的一個實施例，所述機床進一步包括固定支座，所述固定支座固定在所述X軸運動平臺的端面上，所述二維調整裝置設在所述固定支座上。

根據本發明的一個實施例，所述氣缸為手指氣缸。

根據本發明第二方面實施例的夾持治具包括：過渡底座；安裝座，所述安裝座上設有用于支撐工件的輔助支撐襯套和用于夾持工件的氣缸；旋轉連接座，所述旋轉連接座可旋轉地設在所述安裝座上；中空彈性管，所述中空彈性管的一端設在所述旋轉軸上，所述中空彈性管的另一端設在所述旋轉連接座上；和多個彈性件，多個所述彈性件繞所述中空彈性管設置，其中每個所述彈性件的一端設在所述旋轉軸上，每個所述彈性件的另一端設在所述旋轉連接座上。

根據本發明實施例的夾持治具具有夾持牢靠、定位精準、穩定可靠的優點，完全避免了現有的機床治具夾持細長工件存在工件中部凹陷、連續加工出現對接錯位等缺陷。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本發明實施例的機床的結構示意圖；

圖2是圖1的A區域的放大圖；

圖3是圖1的B區域的放大圖；

圖4是根據本發明實施例的機床的結構示意圖；

圖5是根據本發明實施例的機床的過渡底座的結構示意圖；

圖6是根據本發明實施例的機床的旋轉連接座的結構示意圖；

圖7是根據本發明實施例的機床的安裝座的結構示意圖；

圖8是根據本發明實施例的機床的夾頭柄的結構示意圖；

圖9是根據本發明實施例的機床的彈簧夾頭的結構示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面參考圖1-圖8描述根據本發明實施例的機床10。如圖1-圖8所示，根據本發明實施例的機床10包括床體110、旋轉軸120、過渡底座130、二維調整裝置140、安裝座150、旋轉連接座161、中空彈性管171和多個彈性件172。

床體110上設有X軸運動平臺111，旋轉軸120沿X方向可往復移動地設在X軸運動平臺111上，旋轉軸120具有用于夾持工件20的夾頭柄180。過渡底座130設在旋轉軸120上，二維調整裝置140設在X軸運動平臺111上，安裝座150設在二維調整裝置140上，安裝座150上設有用于支撐工件20的輔助支撐襯套151和用于夾持工件20的氣缸152，旋轉連接座161可旋轉地設在安裝座150上。中空彈性管171的第一端設在過渡底座130上，中空彈性管171的第二端設在旋轉連接座161上。多個彈性件172繞中空彈性管171設置，每個彈性件172的第一端設在旋轉軸120上，每個彈性件172的第二端設在旋轉連接座161上。

下面參考圖1-圖8描述根據本發明實施例的機床10的工作過程。

加工前，先將待加工的工件20通過旋轉軸120的中心，穿過中空彈性管171后與輔助支撐襯套151滑動配合。也就是說，工件20的右端依次穿過旋轉軸120、夾頭柄180、過渡底座130、中空彈性管171、旋轉連接座161和輔助支撐襯套151。其中，工件20的右端向右伸出輔助支撐襯套151。有利地，工件20的向右伸出輔助支撐襯套151的部分的長度為5毫米-10毫米。

工件20安裝完畢后，氣缸152夾持工件20，機床10的彈簧夾頭190松開工件20，即彈簧夾頭190不夾持工件20，旋轉軸120快速向X軸運動平臺111的左側運動至加工定長位置，即旋轉軸120快速向左（遠離激光切割頭193）運動至加工定長位置。然后，彈簧夾頭190夾持工件20，氣缸152松開工件20，即氣缸152不夾持工件20。此時，中空彈性管171發生彈性變形被拉長，即中空彈性管171的內徑減小，直至中空彈性管171的內徑等于工件20的外徑，由此可以使工件20沿著X方向被中空彈性管171夾緊和繃直。

然后，對工件20進行加工，在加工工件20的過程中，旋轉軸120一邊旋轉一邊向右進給（左右方向如圖4的箭頭C所示），且氣缸152松開工件20。旋轉軸120帶動過渡底座130旋轉，與過渡底座130相連的多個彈性件172同步傳遞旋轉軸120的扭矩，使中空彈性管171和多個彈性件172隨工件20同步旋轉和運動。

具體而言，在旋轉軸120旋轉時，旋轉軸120帶著工件20和過渡底座130做旋轉運動，進而過渡底座130帶著中空彈性管171和多個彈性件172做旋轉運動，即過渡底座130、中空彈性管171和多個彈性件172的旋轉運動都是同步的，不存在相位角的偏差。多個彈性件172的作用為：一方面與中空彈性管171同步伸縮運動，另一方面將過渡底座130的旋轉運動同步傳遞到遠端的旋轉連接座161上，以確保工件20和中空彈性管171的旋轉同步。如果沒有多個彈性件172來傳遞扭矩，那么過渡底座130與旋轉連接座161之間的同步旋轉運動必須由中空彈性管171來傳遞，由于中空彈性管171沒有剛性或剛性很小，傳遞扭矩時中空彈性管171必然發生扭轉變形，不但影響對工件20的抱緊夾持作用，而且在旋轉方向上與工件20也無法同步。

在加工的過程中，工件20一直處于被中空彈性管171夾緊的狀態，直到旋轉軸120向右運動至行程結束位置，至此為一次加工循環。此時，中空彈性管171和多個彈性件172會回復到一個較小的拉伸位置，但仍然處于拉緊的狀態。若要對工件20進行多次的連續加工，只需重復上述循環步驟即可。

工件20每次加工的長度均為一個定長距離，如果工件20需要加工的長度遠大于該定長距離，那么就必須對工件20進行多次的加工循環。為了確保加工質量，前一次加工循環結束時工件20上的加工終點與后一次加工循環的開始時的加工起點必須重合，且加工的循環次數越多，需要確保重合的點也就越多，對加工的精度和治具的準確度要求也越高。

在每次進給加工的開始時，工件20的左端部被旋轉軸120的夾頭柄180夾緊，工件20的右端部則通過輔助支撐襯套151支撐。如果工件20的中間（中部）沒有支撐機構，根據簡支梁結構分析可知，工件20的中部會因為自重而發生一定的繞度變形，進而導致上次加工的終點位置在工件20的重力作用下向工件20的中部（中間位置）發生偏移，那么下次加工的起點則在偏移后的位置上，必然和上次加工的終點不重合，導致加工后對接處發生偏差。

根據本發明實施例的機床10通過設置中空彈性管171，從而可以保證在每一次進給加工過程中，中空彈性管171始終處于被拉伸的狀態，由此可以使穿過中空彈性管171的工件20在加工過程中會一直被中空彈性管171的內壁抱緊，以便工件20始終處于繃直狀態，即工件20的中間部分全部被中空彈性管171托住而不會因為工件20的自重發生繞度變形。由此，在每一次進給加工過程中，工件20沿X方向的尺寸不會發生偏移，從而保證多次連續加工中上次進給的終點和下次進給的起點都是重合的。

在整個加工過程中，中空彈性管171不斷地被拉長、然后再復原，而且中空彈性管171與工件20同步進行伸縮和旋轉運動，因此在加工過程中中空彈性管171與工件20之間沒有任何的摩擦和阻力，從而確保了加工的高精度和高穩定性。

因此，根據本發明實施例的機床10具有夾持牢靠、定位精準、穩定可靠等優點，完全避免了現有的機床治具夾持細長工件存在工件中部凹陷、連續加工出現對接錯位等缺陷。

如圖1-圖8所示，根據本發明的一些實施例的機床10包括床體110、旋轉軸120、過渡底座130、二維調整裝置140、安裝座150、旋轉連接座161、中空彈性管171、多個彈性件172、夾頭柄180、調整支架191和固定支座192。

床體110上設有X軸運動平臺111。X軸運動平臺111是一個線性運動模組，X軸運動平臺111的底座安裝在床體110上固定不動。旋轉軸120沿X方向可往復移動地設在X軸運動平臺111上，旋轉軸120具有用于夾持工件20的夾頭柄180。具體而言，機床10的直線電機可以驅動旋轉軸120沿X方向做精確的往復運動。

如圖1和圖2所示，在本發明的一個實施例中，夾頭柄180上設有第一過孔181，過渡底座130上設有第二過孔131，過渡底座130通過穿過第一過孔181和第二過孔131的緊固件安裝在旋轉軸120上。也就是說，在X方向上，夾頭柄180位于旋轉軸120與過渡底座130之間。通過設置夾頭柄180，可以更加方便地、穩固地將過渡底座130安裝在旋轉軸120上。

有利地，第一過孔181為多個，多個第一過孔181沿夾頭柄180的周向等間距地分布在夾頭柄180上，第二過孔131為多個，多個第二過孔131沿過渡底座130的周向等間距地分布在過渡底座130上。緊固件為多個，多個該緊固件一一對應地穿過第一過孔181和第二過孔131。

彈性件172為拉簧，彈性件172的變形后的長度與彈性件172的變形前的長度之比大于等于10。也就是說，彈性件172不僅具有超長的拉伸比率（可拉伸原長的10倍以上），而且具備一定的剛性可以傳遞旋轉軸120的扭矩，使中空彈性管171與旋轉軸120夾持的工件20同步旋轉。

多個彈性件172繞中空彈性管171設置。有利地，多個彈性件172的第一端沿旋轉軸120的周向等間距地設置（分布），多個彈性件172的第二端沿旋轉連接座161的周向等間距地設置（分布）。例如，彈性件172可以是三個。旋轉連接座161在多個彈性件172的作用下與過渡底座130同步旋轉。

中空彈性管171的第一端設在過渡底座130上，中空彈性管171的第二端設在旋轉連接座161上。有利地，旋轉軸120的中心軸線、夾頭柄180的中心軸線、過渡底座130的中心軸線、中空彈性管171的中心軸線、旋轉連接座161的中心軸線和輔助支撐襯套151的中心軸線彼此重合。

如圖3和圖7所示，在本發明的一些示例中，安裝座150為U型，安裝座150具有第一臂153和第二臂154，第一臂153與第二臂154之間形成容納槽155。其中，旋轉連接座161通過軸承162可旋轉地設在第一臂153上，輔助支撐襯套151設在第二臂154上，旋轉連接座161與輔助支撐襯套151在X方向上間隔開，氣缸152的至少一部分容納在容納槽155內。由此可以使機床10的結構更加合理。

在本發明的一個示例中，第一臂153的長度大于第二臂154的長度，機床10進一步包括氣缸連接板156，氣缸連接板156設在第二臂154上，氣缸152設在氣缸連接板156上，氣缸152的一部分容納在容納槽155內。

氣缸152用于夾緊工件20的位于旋轉連接座161與輔助支撐襯套151之間的部分。有利地，氣缸152在X方向上位于旋轉連接座161與輔助支撐襯套151之間。其中，氣缸152為手指氣缸。

如圖1和圖3所示，調整支架191設在二維調整裝置140上，安裝座150設在調整支架191上。固定支座192固定在X軸運動平臺111的端面上，二維調整裝置140設在固定支座192上。

也就是說，安裝座150通過調整支架191和二維調整裝置140相連，二維調整裝置140通過固定支座192固定在X軸運動平臺111的端面上。在安裝夾持治具時，通過二維調整裝置140在Y方向和Z方向上對安裝座150進行調節，使旋轉軸120的中心和輔助支撐襯套151的中心重合。

工件20可以是外徑小于等于0.5毫米的管件。具體地，工件20可以是外徑小于等于0.5毫米的精密薄壁管，例如工件20可以是外徑在0.15毫米-0.5毫米范圍內的精密薄壁管。也就是說，根據本發明實施例的機床10尤其適用于加工外徑在0.15毫米-0.5毫米范圍內的精密薄壁管。

根據本發明實施例的機床10可以對工件20進行多種加工，例如利用激光切割頭193對工件20進行切割。本領域技術人員可以理解的是，對工件20進行何種加工不是本申請的發明點，因此沒有進行詳細的描述。

根據本發明實施例的機床10用于加工外徑0.5mm以下精密薄壁管，利用柔性夾持原理，待加工的工件（0.5mm以下精密薄壁管）通過旋轉軸120，穿過夾持治具上的中空彈性管171和輔助支撐襯套151，旋轉軸向工件定長方向運動使得中空彈性管171發生彈性變形被拉長，其中的工件20則會沿著軸向被中空彈性管171夾緊和繃直，工件20在加工的過程中，中空彈性管171也會隨著工件20一同旋轉和收縮，但其間工件20一直處于夾緊的狀態，這樣在整個加工過程中工件20都不會因為自重而發生凹陷，特別是在連續進給的情況下，也不會導致同一個位置的加工點發生錯位和偏移。在整個加工過程中，中空彈性管171不斷的被拉長然后再復原，而且與工件20是同步進行的伸縮和旋轉運動，所以加工過程中沒有任何的摩擦和阻力，確保了加工的高精度和高穩定性。由于中空彈性管171被拉長后內徑自動收縮夾緊的特性，各種0.5mm以下的精密薄壁管都能適用。通過上述方式，實現了工件20的自動夾緊、松開和連續加工動作，由于在加工過程中工件20和中空彈性管171沒有任何的摩擦和阻力，所以可以確保整個加工過程的精確性和穩定性。

本發明公開的機床10確保在加工外徑0.5mm以下精密薄壁管過程中夾持牢靠、定位精準、穩定可靠，完全避免了常規定位夾持中發生工件中部凹陷、連續加工出現對接錯位等問題，解決了以往在機床旋轉軸上不能精確定位和加工外徑0.5mm以下精密薄壁管的難題，為0.5mm以下精密薄壁管的夾持和加工提供了一種綜合優化的可行性解決方案，也為其他類似的細長回轉類零件加工提供了一種參考和借鑒方法。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。